S7-200-第2章-可编程序控制器的组成和工作原理.ppt

1、第二章 可编程序控制器的工作原理,本章从PLC结构入手，介绍PLC各部分的作用，输入输出接口电路、PLC实现控制功能的工作原理、PLC的编程语言及特点、PLC的数据类型、常用的寻址方式。,2.1 可编程序控制器的基本结构 可编程序控制器实质上是工业控制专用计算机，由中央处理器、存储器、输入/输出单元、电源等部分组成，其组成结构框图如图所示。,可编程序控制器的基本结构,组成,中央处理单元（CPU模板）控制器的核心,输入部件,输出部件,电源部件（电源模板）为PLC内部电路提供能源,编程器将用户程序写进规定的存储器内，并监控程序执行情况.,（I/O模板）连接现场设备与CPU之间的接口电路,结构,整体

2、式前四部分装在同一机壳内,模块式各功能部件独立封装，称为模块，各种模板通过机架和 总线或底板连接而成,整体式PLC(西门子S7-200),1-电源模块； 2-后备电池；3-24V DC 连接器；4-模式开关； 5-状态和故障指示灯；6-存储器卡(CPU 313 以上)； 7-MPI 多点接口；8-前连接器；9-前盖 组装式PLC(西门子S7-300),可编程序控制器的输入输出点结构,1、开关量直流输入点的结构,2、开关量交流输入点的结构,开关量继电器输出模块,响应时间10ms,最大负载电流2A/1点（纯电阻负载）,3、开关量继电器输出点的结构,开关量可控硅输出模块,响应时间1ms以下,最大负载

3、电流0.3A/1点,4、开关量可控硅（双向）输出点的结构,开关量晶体管输出模块,响应时间0.2ms以下,直流，最大负载电流0.5A/1点,5、开关量晶体管输出点的结构,模拟量输入模块(4路),6、模拟量输入点的结构,模拟量输出模块(2路),7、模拟量输出点的结构,2.2 可编程序控制器的工作原理,循环扫描工作过程 与其它计算机系统一样，PLC的CPU是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸一个动作接着一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。 PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到

4、用户程序结束。然后，返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环。除了执行用户程序之外，在每次扫描过程中还要完成输入、输出处理等工作。,扫描一次用户程序所用的时间称为扫描周期。扫描周期的长短，首先与每条指令执行时间长短有关，其次与指令类型及包含指令条数的多少有关。前者取决于PLC的CPU执行速度的快慢，与硬件配置有关；后者取决于被控系统的复杂程度及编程人员的水平，典型值为1100ms。 理论上扫描周期越短越好，在实际控制系统中很难做到。只要保证PLC的扫描周期能满足控制系统的要求就可以了。,PLC工作过程框图（简图）,PLC工作过程框图（详图）,逐条执行用户程序指

5、令,监控定时器启动,采样输入信号，刷新输入映像存储器,检查合格？,检查硬件和用户程序存储器,监控定时器复位,检查,I/O,单元的连接,和内部继电器清零，所有定时器复位,合上电源启动,外设,命令,数据,输出,执行,用户,程序,数据,输入,公共,操作,上电,后的,初始,操作,PLC,的扫描周期,故障,报警,Y,N,故障性质？,错误标志置位,出错灯点亮,N,Y,服务于外设命令,监控定时器,t1,复位,刷新输出映像存储器，并输出信号,程序结束？,PLC的扫描周期分三个工作阶段 1、输入刷新 PLC将外部输入信号从输入端子上一个个的读入，并将其输入映像存储器，以方便一次性、快速地读入到CPU中，称为输入

6、刷新。实际上是PLC对外部状态的采样过程。 输入映像存储器每周期刷新一次。 由于PLC扫描周期很短，决定两次采样之间的间隔时间很短，一般仅几十ms，对一般控制场合的开关量而言，输入采样可以认为是“连续”进行的，不会影响对现场信息的反应速度。,2、执行（用户）程序 CPU执行用户程序是从第一条指令开始，到最后一条指令结束。期间，将执行结果逐个送到输出映像寄存器中，以便一次性、快速地送到输出端子。 如果在程序中使用了中断，优先执行中断程序。在此阶段，CPU还须处理从通讯端口接收到的任何信息，执行通讯处理过程。,3、输出刷新 CPU不能直接驱动负载，执行程序的结果先存放在输出映像存储器中，每次程序执

7、行完毕，将输出映像区的内容经输出锁存器，送到输出端子上驱动外部负载，称为输出状态刷新。 输出映像存储器每周期刷新一次，刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新。 由于PLC扫描周期很短，决定两次输出之间的间隔时间很短，一般仅几十ms，对一般控制场合被控电器而言，输出刷新可以认为是“连续”进行的，不会影响对现场控制速度。,2.3 可编程序控制器的编程语言,常用的编程语言有： 梯形图（由于梯形图与继电器控制线路非常相象，便于学习，因而被广泛应用。） 语句表（或称助记符语言） 功能块图 高级语言、汇编语言,常用的编程语言有： 梯形图（由于梯形图与继电器控制线路非常相象，便于学习，因而被广泛应用。） 语句

8、表（或称助记符语言） 功能块图 高级语言、汇编语言,梯形图编程 利用STEP 7-Micro/WIN 32软件可以建立与电气接线图等价的类似程序语言，那就是梯形图LAD（Ladder Diagram）语言。不同品牌的PLC有不同的梯形图语言，但所有PLC的梯形图都来源于一般的继电接触控制电路。因此，理解梯形图的前提是对继电接触控制电路有较好的理解。,梯形图程序看起来就像梯子。左边有一个左母线（可以理解为提供能量），往右依次是触点、输出。一个梯形图被分成小的容易理解的部分，称为“梯级”、“网络”或“段”。程序一次执行一个段，从左至右，从上至下执行。当CPU执行到程序结尾，又从上到下重新执行程序。

9、 和继电接触控制图相似，梯形图中也可以理解为有电流流通，即“能流”。当触点闭合或条件满足时，能量就可“流动”起来。,梯形图LAD包括三个基本形式以及一些连线： （1）触点 代表逻辑“输入”条件，例如开关、按钮、内部条件等。能量流仅在触点闭合时通过。 （2）线圈 通常代表逻辑“输出”结果，当有能流输入时，就会有输出。 （3）盒（方框） 代表附加指令，例如定时器、计数器或数学运算等。当能量流到此框，就能执行一定的功能。,梯形图LAD及其编辑器具有以下主要特点： （1）梯形逻辑易于初学者使用。 （2）图形表示易于理解，而且全世界通用。 （3）LAD编辑器能够使用SIMATIC （SIEMENS +

10、Automatic）和IEC 1131-3标准指令集。但因IEC 1131-3标准中定义的指令少于SIMATIC指令集，因而可以用SIMATIC指令完成更多功能。 （4）可以使用语句表（STL）显示所有LAD程序。,梯形图的工作过程：在图2-5中，当触点I0.0闭合时，“可以理解为”能流流过该器件，流到下一个触点I0.7，若I0.7再闭合，能流流过继电器Q0.0，并使继电器Q0.0闭合。同时，作为自保点的Q0.0触点接通，Q0.0和I0.0两条支路的能流并联一起流到I0.7干路上。这时，若断开I0.0，不会使能流断开，继电器Q0.0继续接通，因此可以作为电机的长动控制程序（软自保点）。,语句表

11、STL编程 程序编写时，一般用梯形图LAD编写，特殊情况用语句表STL编写。各种形式的程序可以相互转化。,功能块图编辑器 功能块图（FBD）编辑器没有梯形图编辑器中的触点和线圈，但是有与之等价的指令，这些指令是作为“盒” 指令连接而成（例如AND盒）。利用这样的连接可以解决复杂的逻辑问题。,功能块图（FBD）,电机长动控制（硬自保点）,电机正反转控制（硬自保点）,2.4 可编程序控制器的数据类型,用户数据的类型： * 位（Bit）占存储器中的1位，对应于一个“继电器” 状态：“0”或“1”； * 字节（Byte）占存储器中的8位。 * 字（Word）双字节数据，占存储器中的16位，（BCD码形

12、式存放）； * 双字（DWord）四字节数据，占存储器中的32位（BCD码形式存放）；,字节.位寻址,字节、字、双字寻址,存储器的直接寻址 1. 输入映像寄存器（I）寻址 在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映像寄存器中。可以按位、字节、字或双字来存取输入映像寄存器。 格式： 位 I字节地址.位地址 I0.1 字节、字、双字 I长度起始字节地址 IB4,IW5,ID10,2.输出映像寄存器（Q）寻址 在每次扫描周期的结尾，CPU将输出映像寄存器的数值复制到物理输出点上。可以按位、字节、字或双字来存取输出映像寄存器。格式： 位 Q字节地址.位地址 Q1.1 字节，字，

13、双字 Q长度起始字节地址 QB5,QW4,QD10 3.变量存储器（V）区寻址 用于存储程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用V存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。可以按位、字节、字、双字来存取V存储器。格式： 位 V字节地址.位地址 V10.2 字节，字，双字 V长度起始字节地址 VB5,VW100,VD15,4.位存储器（M）区寻址 可以使用内部存储器标志位（M）作为控制寄存器存取中间操作状态或其他控制信息。尽管名为“位存储器区”，表示按位存储，但不仅可以按位，也可以按字节、字或双字来存取位存储器区。格式： 位 M字节地址.位地址 M26.7 字节，字，双字 M长度起始字节地

14、址 MB6，MW16，MD20 5.顺序控制继电器（S）存储器区寻址 顺序控制继电器位（S）用于组织机器操作或进入等效程序段的步控制。顺序控制继电器（SCR）提供控制程序的逻辑分段，可以按位、字或双字来存取S位。格式： 位 S字节地址.位地址 S3.1 字节，字，双字 S长度起始字节地址 SB4，SW24，SD20,6.特殊存储器（SM）标志位 SM位提供了CPU和用户程序之间传递信息的方法。可以使用这些为选择和控制S7-200 CPU的一些特殊功能，例如：第一次扫描的ON位、以固定速度触发位、数学运算或操作指令标志位。 尽管SM区基于位存取，但也可以按位、字或双字来存取。 格式： 位 SM字

15、节地址.位地址 SM0.1 字节、字、双字 SM长度起始字节地址 SMB8,SMW4,SMD120,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,特殊存储器（SM）标志位的具体含义,7.局部存储器（L）区寻址 S7-200 PLC 有64个字节的局部存储器，其中60个可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数。如果用语句表编程，可以寻址所有的64个字节，如果用梯形图或功能块图编程，STEP7-M

16、icro/WIN32保留这些局部存储器的最后四个字节,因此不要使用局部存储器的最后4个字节。 局部存储器和变量存储器很相似，主要区别是变量存储器是全局有效的，而局部存储器是局部有效的。全局是指同一个存储器可以被任何程序存取（例如，主程序、子程序或中断程序）；局部是指存储器区和特定的程序相关联。S7-200 PLC 给主程序分配64个字节的局部存储器；给每一级子程序嵌套分配64个字节的局部存储器；给中断程序也分配64个字节的局部存,储器；子程序不能访问分配给主程序、中断程序或其他子程序的局部存储器；同样地，中断程序也不能访问分配给主程序或子程序的局部存储器。 S7-200 PLC 根据需要分配局

17、部存储器。即当执行主程序时，分配给子程序或中断程序的局部存储器是不存在的。当出现中断或调用一个子程序时，需要分配局部存储器。新的局部存储器可以重新使用分配给不同子程序或中断程序的相同局部存储器。,局部存储器在分配时PLC不进行初始化，初始值可以是任意的。当在主程序调用过程中传递参数时，在被调用子程序的局部存储器中，由CPU 代替被传递的参数的值。局部存储器在传递参数过程中不接受值，在分配时不被初始化，也没有任何值。 可以按位、字节、字或双字访问局部存储器。可以把局部存储器作为间接寻址的指针，但不能作为间接寻址的存储器区。 格式： 位 L字节地址.位地址 L1.1 字节，字，双字 L长度起始字节

18、地址 LB5,LW4,LD10,8.定时器（T）存储器区寻址 S7-200 CPU中，定时器是累计时间增量的设备。S7-200定时器精度（时基增量）有1ms，10ms，100ms三种。有两个相关的变量： （1）当前值。是一个16位符号整数，存取定时器所累计的时间。 （2）定时器位。当定时器当前值大于预设值时，该位置为“1”（预设值作为定时器指令的一部分输入）。 可以使用定时器地址（T+定时器号）来存取这些变量。对定时器位或当前值的存取依赖于所用的指令：带位操作数的指令存取定时器位，而带字操作数的指令存取当前值。,常开接点（T3）指令存取定时器位； 而MOV_W指令存取定时器的当前值。当前值的大

19、小受定时器存储器各位的状态决定。 格式： T定时器号 T3 存取定时器位或者定时器的当前值,9计数器（C）存储器区寻址 S7-200 CPU 中，计数器是累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。CPU提供了三种类型的计数器：一种只只能增计数；一种只能减计数；另一种既可增计数又可减计数。与计数器相关的变量有两个： （1）当前值。16位符号整数，存储累计脉冲数； （2）计数器位。当计数器的当前值大于或等于预设值时，此位置为“1”（作为计数器相关的一部分输入）。 可以使用计数器地址（C+计数器号）来存取这些变量。对计数器位或当前值的存取依赖于所有的指令：带位操作数的指令存取计数器位，而带字操作数的指令存

20、取当前值。,常开接点（C3）指令存取计数器位； 而MOV_W指令存取计数器的当前值。当前值的大小受计数器存储器各位的状态决定。 格式： C计数器号 C3 存取计数器位或者计数器的当前值,10.模拟量输入（AI）寻址 S7-200将实际系统中的模拟量输入值（如温度或电压）转换成1个字长（16位）的数字量。可以用区域标识符（AI） ）、及数据长度（W）及字节的起始地址来存取这些值。 由于模拟输入量位1个字长，且从偶数位字节（如0，2或4）开始，所以必须用偶数字节地址（如AIW0，AIW2，AIW4）来存取这些值，模拟量输入值为只读数据。 格式： AIW起始字节地址 AIW8 存取模拟量输入值,11

21、.模拟量输出（AQ）寻址 S7-200将1个字长（16位）的数字值按比例转换成电压或电流。可以用区域标识符（AQ）、数据长度（W）、及起始字节地址来置为这些值。如图3-6所示，由于模拟输出量为1个字长，且从偶数位字节（0，2或4）开始，所以必须用偶数字节地址（AQW0，AQW2，AQW4）来设置这些值，用户程序无法读取模拟量输出值。 格式： AQW起始字节地址 AQW10 存取模拟量输出值,12.累加器（AC）寻址 同存储器相仿，累加器也是可以存取数据的读/写设备。例如，可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存储计算的中间值。CPU提供了4个32位累加器（AC0、AC1、AC2

22、、AC3）。可以按字节、字或双字来存取累加器中的数值。如图3-7所示，按字节、字来存取累加器只能使用存于存储器中数据的低8位或低16位，按双字来存取累加器可以使用全部32位，存取数据的长度由所用指令决定。,格式： AC累加器号 AC0,存取累加器,13.高速计数器（HC）寻址 高速计数器用来累计比CPU扫描速率更快的事件。高速计数器有32位符号整数累计值（或当前值）。若要存取高速计数器中的值，则必须给出高速计数器的地址，即存储器类型（HC）及计数器号（如HC0）。高速计数器的当前值为只读值，可作为双字（32位）来寻址。 格式： HC高速计数器号 HC1 存取高速计数器当前值,14.使用常数及格式 S7-200指令中经常使用常数。常数值可以是字节、字或双字。CPU以二进制方式存储所有常数，也可以用十进制、十六进制、ASC码或浮点数形式来表示。 十进制格式 十进制数值 例：123 十六进制格